陶瓷和玻璃有著悠久的歷史，然而，在許多現代和傳統應用中都是不可或缺的材料。從簡單的窗玻璃和陳設陶瓷到與原始材料幾乎沒有共同之處的高性能材料，種類繁多，在日常生活和先進技術中有著廣泛的應用。
陶瓷：多樣性和高性能
陶瓷一般可分為粗陶瓷和細陶瓷。粗陶瓷采用粘土、石英、長石等天然原料，主要用于生產粘土磚等陶瓷建筑材料，而細陶瓷則采用粒徑小于 0.1 mm 的合成加工原料。傳統陶瓷包括餐具、衛生陶瓷和裝飾元素等產品，而工業陶瓷和高性能陶瓷則是專門為專業化的工業應用而開發的。
傳統用途
幾個世紀以來，陶瓷一直用于家居和裝飾。陶瓷除了美觀之外，還提供了重要的功能特性，特別是在餐具、廚房用具和衛生陶瓷領域：
衛生表面：陶瓷產品由于其光滑和無孔表面而易于清潔，使其成為衛生敏感區域使用的理想選擇。
高耐酸堿性：這使得陶瓷非常適合日常家庭使用，也適用于許多工業應用，因為它們耐清潔劑和食品中的化學物質。
釉面：在廚房里，例如陶瓷鍋或微波專用盤，陶瓷通常經過上釉處理，形成一種類似玻璃的密封表面，不透水。
工業陶瓷
近幾十年來，陶瓷的工業應用變得越來越重要。針對工業陶瓷的應用，對其性能進行了優化。它們包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和電陶瓷材料。這些產品具有優異的機械、熱和化學性能，可用于高性能應用：
電子元件：陶瓷優異的絕緣性能使其成為電容器、半導體等電子元件以及壓電元件的理想選擇。
耐磨部件：碳化硅等材料非常堅硬，非常適合高溫環境或涉及機械磨損的應用。
醫用植入物：氧化鋯等生物陶瓷由于具有生物相容性和耐腐蝕性，在醫療技術中被用作植入材料。
高性能陶瓷
工程性陶瓷用于極端條件普遍存在的領域，例如航空航天和汽車工業以及切削工具的制造。這些材料包括：
氧化陶瓷：如氧化鋁和氧化鋯，由于其高熱穩定性，在高溫應用和高負荷下使用。
復合材料：如金屬陶瓷和纖維增強復合材料，由于其結合了強度和柔韌性開辟了新的應用領域。
玻璃：透明和功能性
玻璃早已從單純的裝飾材料發展成為工業上不可缺少的材料。除了家庭應用，如飲水杯或炊具，玻璃越來越多地用于高科技領域。
建筑與建造
玻璃在建筑行業中起著關鍵作用，不僅因其美學效果而且因其功能特性而受到重視：
節能玻璃窗：采用特殊涂層的現代玻璃窗通過控制熱輻射來降低能耗。
安全玻璃：夾層玻璃和鋼化玻璃具有更強的抗破碎和抗沖擊性能，被應用于建筑外立面、車輛以及公共設施中。
光電子學
玻璃是現代電子和光學系統不可或缺的組成部分：
顯示技術：大猩猩玻璃等特殊玻璃為智能手機和平板電腦提供了必要的堅固性和清晰度。
光纖：玻璃纖維能夠實現長距離的無損耗數據傳輸，并且構成了現代通信系統的基礎。
可以分析的原材料種類和屬性
陶瓷材料的原料種類繁多，可分為不同的大類。這些包括：
硅酸鹽陶瓷：由粘土、石英和長石組成，是傳統陶瓷的基礎。
氧化物陶瓷：氧化鋁（Al2O3）和氧化鋯（ZrO2）等材料在工業陶瓷中應用廣泛。
非氧化物陶瓷：碳化硅（SiC）和氮化硅（Si3N4）等材料以其出色的耐熱性和機械性能而聞名。它們通常由無氧硅化合物組成，但仍屬于陶瓷類，因為它們的結構和性質與氧化物陶瓷非常相似。
智能技術
在現代，陶瓷和玻璃日益發展成為具有特殊性能的智能材料：
自潔表面：通過特殊的表面處理可以去除污垢和水。
發電：集成了光伏電池的玻璃表面允許窗戶用于發電，從而提高建筑物的能源效率。
創新的加工方法
激光加工：超短脈沖激光器能夠對玻璃和陶瓷進行精確且溫和的加工。這在醫療產品制造和電子制造領域尤為重要，因為這些領域需要無材料損傷的精確切割邊緣和鉆孔。
陶瓷密封膠：陶瓷涂層改善了車輛的表面，并提供了抗刮擦、防紫外線和自清潔等性能。這些密封劑延長了產品的使用壽命。
玻璃和陶瓷的熱分析
熱分析可以檢查和優化陶瓷和玻璃材料的許多重要和特定的性能：
可以測量和分析熱膨脹、熱導率和比熱容，以找到最佳的生產條件，更有效地利用能源。特別是，在陶瓷的燒成過程中的燒結行為使用膨脹計可以精確地測量和預測。
此外，熱分析（熱重法）可用于批量加工和燒結過程中，以控制原料的確切成分，并精確調整含水量和晶粒尺寸。
通過分析玻璃和陶瓷的電導率和化學成分，可以改善其性能和調整工藝參數。
前言
碳化物陶瓷具有高導熱性、耐磨損、耐腐蝕和耐高溫等性能。通過結合不同的碳化物來調整材料的性能，使材料的性能滿足不同應用領域的要求。例如，特定的導電性或高硬度。碳化物陶瓷在機械、化工、航天和動力工程等領域有著廣泛的的應用。
實驗
如下圖所示，使用 LFA L52 測定了三種不同類型的汽車襯墊的熱導率。鈾衍生物（UC）呈現出較低的熱導率，并且在測試溫度范圍內幾乎是恒定的，約為 25 W/(m·K) 。碳化鋯（ZrC）的熱導率則隨著溫度升高呈現上升的趨勢，而碳化硅（SiC）的熱導率隨著溫度的升高呈現下降的趨勢，并在較高溫度下趨于穩定。
前言
氧化鋁是一種由鋁和氧組成的無機化合物，化學式為 Al?O? ，是一種高性能陶瓷材料，具有良好的電絕緣性、高機械強度、高硬度、高耐腐蝕性和耐磨性，并具有相當高的導熱性能，對于氧化鋁陶瓷材料，其導熱系數為 30-35 W/(m·K) 。由于這些特性，氧化鋁具有廣泛的應用領域，例如，用于制造耐火材料、磨料磨具和金屬加工等。
實驗
如下圖顯示了使用 LFA L52 測量氧化鋁樣品在室溫至 1000 ℃ 范圍內的熱擴散率和導熱系數的測量結果。對于計算樣品導熱系數所需的密度和比熱容，均采用文獻值。從圖中可以看到，氧化鋁樣品室溫下的導熱系數約為 32 W/(m·K) ，其熱擴散率和熱導系數均隨著溫度的升高而降低，該變化規律符合期望結果。
實驗
使用 Linseis HFM 300 在 10 ~ 50 ℃ 的溫度范圍內，分別在水平和垂直方向對含氬氣填充的三層窗玻璃的傳熱系數進行了測量。
如下圖顯示了水平和垂直方向傳熱系數（U 值）測量結果的顯著差異，這是由于保溫層內的對流效應引起的。
這一測量結果清晰地表明，非均質建筑材料需要在其最終使用的方向上進行測量，以獲得準確的導熱系數和傳熱系數（U 值）。
實驗
采用林賽斯 DSC L62 對 (23.1-x)Na2O/23.1BaO/23TiO2/9.8B2O3/21SiO2/xAl2O3（其中 x = 3，7，11，15 mol%）四種玻璃的熱性能進行了分析，測試結果表明，隨著氧化鋁濃度的增加，玻璃化轉變溫度 Tg 從 450 ℃ 增加到 570 ℃ ，最大結晶溫度 Tc 從 660 ℃ 增加到 695 ℃ 。Tg-Tc 的差值作為衡量玻璃穩定性的標準的，在玻璃中 Al2O3 的含量為 3 mol% 時，Tg-Tc 的差值最大，在 Al2O3 含量為 15 mol% 時，Tg-Tc 的差值最小。
文章來源：《IR-SPECTROSCOPY, THERMOPHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF GLASSES IN THE SYSTEM Na2O/BaO/TiO2/B2O3/SiO2/Al2O3》,January 2023 Journal of Chemical Technology and Metallurgy 58(3):456-466
作者：Ruzha Harizanova, Valentin Gaydarov, Ivailo Gugov, Galina Zamfirova, Irena Mihailova1, Martin Pernikov, Christian Rüssel
前言
“燒結”是陶瓷制品生產過程的最為關鍵的環節之一，而燒結溫度和時間直接影響陶瓷的性能和質量。在生產先進陶瓷的過程中，燒結過程的模擬課題備受關注。下圖中的應用實例是利用林賽斯熱膨脹儀的燒結速率控制軟件（RCS）模擬測試氧化鋯的燒結過程，約 60 分鐘后，主要燒結步驟完成，然后通過降低加熱速率，約 180 分鐘后，達到材料所需的最終密度，燒結完成。
氧化鋯的燒結過程是如何實現的呢？
燒結速率控制軟件（RCS）是林賽斯熱膨脹儀的可選附加軟件，根據 "PALMOUR III" 燒結理論，可以利用熱膨脹儀程序控制燒結過程，使樣品在已設定的致密化曲線中進行燒結測試，結果可獲得樣品的最佳燒結溫度/時間的曲線，這種優化可實現在最短的時間內以最少的能耗獲得最大可能的樣品密度。
"RCS" 測試采用一種不同于標準膨脹測量的方法，該方法基于 "PALMOUR III" 燒結理論。材料的燒結過程可分為三個密實化階段，前兩個階段致密化率高且恒定，第三個階段，致密化率呈線性遞減直到達到所需要的最終密度。
測試前，對實際的燒結參數進行設置，在燒結過程中，控制器通過改變溫度來控制材料的燒結速率，使樣品實際密度變化接近于設定的密度變化，如果實際密度小于目標密度，則提高溫度以獲得更高的致密化率，如果實際密度高于設定的目標密度，則降低溫度以降低致密化率，而實際密度的測量可以通過測量樣品的長度來完成。因此，測試結果可得到最佳燒結工藝的溫度/時間曲線。
前言
玻璃是一種常見的無機非晶固體材料，具有硬度高、透明度好、化學穩定性強等特點，隨著玻璃工業技術的發展，玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域中極為重要的材料，廣泛應用于建筑、日用、化學、電子等領域。而玻璃的軟化點是指玻璃在加熱過程中軟化并開始出現流動的溫度，是玻璃重要的物理性質之一。通過準確測定玻璃的軟化點，可以更好地理解玻璃的結構和性能，并為玻璃的研究、制造和應用提供科學依據。
測試原理
熱膨脹法是一種通過測量玻璃樣品在加熱過程中膨脹的變化量來確定其軟化點的方法。在微弱負載力下，將制備好的待測樣品固定在熱膨脹儀上，然后以一定的升溫速率加熱玻璃樣品并測量其膨脹量隨溫度變化的曲線。當膨脹量達到最大值并開始出現收縮時，即可確定玻璃的軟化點。
結果分析
下圖為普通玻璃樣品軟化點測試的結果曲線，曲線反映了該玻璃樣品在升溫過程中膨脹及收縮的變化過程。其中樣品在室溫到 570 ℃ 的溫度范圍內接近線性膨脹。在 575.7 ℃ 之后樣品發生了玻璃化轉變，由玻璃態轉變為高彈態，在溫度達到 648.1 ℃ 時，樣品的膨脹量達到了最大值，之后便開始出現了收縮，因此可確定該玻璃樣品的軟化點為 648.1 ℃ 。
前言
α-二氧化硅（α-SiO?）的熱膨脹可以很容易地通過林賽斯 L75 型熱膨脹儀來測量。眾所周知，單晶石英在大約 550 °C 至 600 °C 時會向高溫石英發生相轉變，并且可以通過膨脹測量檢測出來。
此外，林賽斯 L75 型熱膨脹儀所計算得出的差熱分析（DTA）特性，能夠讓我們深入了解材料的熱性能，還便于檢測和識別這類相變。所計算出的DTA測量值是一種基于樣品溫度的數學運算程序。與設定的升溫曲線相比，在動態加熱或冷卻循環過程中，放熱和吸熱效應會影響樣品溫度的變化。
實驗
本實驗所測量的 α-二氧化硅的相變大約發生在 575 °C 。藍色曲線顯示了所測量的絕對 ΔL 值與溫度的關系，這是熱膨脹儀顯示的標準信號。測量的 DTA 曲線（紅色曲線）是通過對設定溫度和實際樣品溫度進行數學評估而生成的。它顯示出一個峰值，該峰值指示材料的相變，如同經典的差示掃描量熱法（DSC）或差熱分析（DTA）所顯示的那樣。應用差熱分析（DTA）功能可以在膨脹曲線沒有提供明確起始點的情況下確定精確的相變溫度。所測量的溫度（575.2 °C）與文獻值（574 °C）之間的偏差可用于溫度校準。
